便攜式交流電壓峰值表實(shí)現(xiàn)

前 言

　　交流電壓峰值是指交流電壓的最大值(正峰值)或最小值(負(fù)峰值)，是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)非常重要的參數(shù)。為保證用電設(shè)備的安全，對(duì)供電電壓的峰值進(jìn)行檢測(cè)具有重要意義。針對(duì)以上缺點(diǎn)，采用MSP430系列單片機(jī)、MAX1270模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，并利用Modbus-RTU 協(xié)議，成功地開(kāi)發(fā)出了低成本、便攜、智能的峰值表設(shè)備。

　　1 測(cè)量原理

　　由于供電電網(wǎng)的波動(dòng)及電網(wǎng)的電壓波形是一種非標(biāo)準(zhǔn)正弦波，其峰值不能通過(guò)平均值或有效值間接計(jì)算。該系統(tǒng)采用對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)正弦波在一個(gè)周期內(nèi)多次采樣，并通過(guò)冒泡法比較采樣值，得到電壓的最大值或最小值作為其正峰值和負(fù)峰值。顯然只要采樣密度適當(dāng)，完全可以得到真實(shí)的電壓峰值。我國(guó)交流電的頻率為50 Hz，設(shè)計(jì)中采樣頻率設(shè)置為10 kHz，即每個(gè)交流波形周期中采樣200次，足以正確地反映出電壓的變化情況，從而確定電壓的峰值。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)中，以MSP430F449單片機(jī)、MAX1270模/數(shù)轉(zhuǎn)換器為主要器件。前端A/D輸入采用電阻分壓方式將交流電進(jìn)行降壓;采用RS 485芯片作為通信接口芯片，硬件框圖如圖1所示。

　　2.1 A/D輸入調(diào)理保護(hù)電路設(shè)計(jì)

　　以220 V交流電為例，其理論峰值電壓為311 V，但考慮到電網(wǎng)波動(dòng)、正弦波失真等，電壓峰值很可能超過(guò)311 V，這時(shí)可根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)和實(shí)測(cè)情況，選定一個(gè)電壓值作為電壓可能達(dá)到的最大值，假定為500 V。如果MAX1270的輸入范圍設(shè)置為±5 V，則分壓電阻的分壓比應(yīng)設(shè)置為100：1。分壓后的電壓經(jīng)過(guò)運(yùn)放緩沖后作為A/D芯片的輸入，為保護(hù)后級(jí)A/D轉(zhuǎn)換芯片，設(shè)置兩個(gè)穩(wěn)壓二極管組成限幅電路。輸入調(diào)理電路如圖2所示。

　　2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

　　A/D轉(zhuǎn)換電路采用MAX1270芯片，MAX1270是8通道、多量程雙極性輸入、串行輸出、逐次逼近型12位A/D轉(zhuǎn)換器，最高采樣率為110 kS/s。在單+5 V電源供電下，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)±5 V，±1O V，5 V，10 V量程。其中，雙極性輸入十分適合作為交流電壓測(cè)量。

　　MAX1270轉(zhuǎn)換電路如圖2所示，由MSP430F449的I/O口線控制MAX1270的串行接口。由于MAX1270在5 V電壓供電下，輸出4.5 V以上高電平，而MSP430F449的I/O口電平為3.3 V，因此必須附加一個(gè)接口芯片，以實(shí)現(xiàn)5～3.3 V的電平轉(zhuǎn)換，這里采用MAX3001雙向電平轉(zhuǎn)換芯片。A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。